LTD-323JF LED顯示器規格書 - 0.3英吋 (7.62mm) 字高 - AlInGaP黃橙色 - 2.6V順向電壓 - 70mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本元件是一款0.3英吋（7.62毫米）字高的字母數字LED顯示器。其設計旨在以緊湊的外形提供清晰、高可見度的數字或有限字母數字資訊。核心技術採用磷化鋁銦鎵（AlInGaP）半導體材料來產生黃橙色光。顯示器採用黑色面板以實現高對比度，並使用白色段位以獲得最佳的光線擴散和外觀。它被歸類為雙位共陽極顯示器，意味著兩個數字共用陽極連接，這是驅動電路中多工掃描以減少腳位數量的常見配置。

2. 技術參數深度解析

本節對規格書中指定的關鍵電氣和光學參數提供詳細、客觀的分析。

2.1 光學特性

光學性能是顯示器功能的核心。平均發光強度 (Iv)在順向電流 (IF) 為1 mA時，指定範圍為320 μcd（最小值）至800 μcd（典型值）。此參數表示點亮段位的感知亮度。設計師應注意發光強度匹配比 (Iv-m)最大值為2:1。此比率定義了同一數字內不同段位之間或數字之間允許的亮度變化，確保視覺均勻性。較低的比率表示更好的一致性。

顏色特性由波長定義。峰值發射波長 (λp)為611 nm（典型值），而主波長 (λd)在IF=20mA時為605 nm（典型值）。主波長是人眼感知的單一波長，它定義了顏色（此處為黃橙色）。譜線半寬度 (Δλ)為17 nm（典型值），表示光譜純度或發射光譜帶的窄度；數值越小表示光源單色性越好。

2.2 電氣特性

電氣參數定義了工作條件和功率需求。關鍵參數是Forward Voltage per Segment (VF)，在順向電流20 mA時為2.6V（典型值）。此值對於設計與每個段位串聯的限流電阻至關重要。每段反向電流 (IR)在反向電壓 (VR) 5V時，指定最大值為100 μA，表示元件在關斷狀態下的漏電特性。

2.3 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限，並非正常操作條件。

• 每段功耗：70 mW。這限制了順向電流和段位壓降的綜合效應。
• 每段連續順向電流：在25°C時為25 mA，降額因子為0.33 mA/°C。這意味著當環境溫度 (Ta) 超過25°C時，最大允許連續電流會隨之降低。
• 每段峰值順向電流：60 mA，但僅在脈衝條件下（1/10工作週期，0.1ms脈衝寬度）。這與多工驅動方案相關。
• 每段反向電壓：5 V。超過此值可能擊穿LED接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這對於波峰焊或迴流焊製程至關重要。

3. 分級系統說明

規格書明確指出此元件已按發光強度分類。這表示存在分級系統。在LED製造過程中，會產生參數變異。分級是根據關鍵參數（如發光強度，有時也包括順向電壓或主波長）將LED分類到不同組別（級別）的過程。透過採購已分級的產品，設計師能確保組裝中使用的所有顯示器具有更高的亮度一致性，這對產品品質至關重要。規格書中指定的Iv範圍（320-800 μcd）很可能代表了不同可用級別的分佈範圍。

4. 性能曲線分析

雖然提供的文本未詳細說明具體曲線，但典型的LED規格書包含對設計至關重要的圖表。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此曲線顯示電流與電壓之間的非線性關係。順向電壓隨電流對數增加。給出的典型VF值（2.6V @ 20mA）是此曲線上的一個點。設計師利用此曲線確保驅動電路能提供足夠的電壓，特別是在VF會升高的低溫環境下。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

此圖表顯示亮度如何隨電流變化。在很大範圍內通常是線性的，但在極高電流下會飽和。它有助於確定達到所需亮度水平所需的工作電流。

4.3 發光強度 vs. 環境溫度

LED的光輸出會隨著接面溫度升高而降低。此曲線對於熱管理設計至關重要。如果顯示器在高溫環境下工作或散熱不足，其亮度將低於25°C時的指定值。

4.4 光譜分佈

顯示各波長相對強度的圖表可視化峰值（611 nm）和半寬度（17 nm），確認黃橙色色點。

5. 機械與封裝資訊

本元件具有特定的物理尺寸和腳位排列。封裝尺寸圖（文本中提及但未顯示）以毫米為單位提供了所有關鍵機械尺寸測量值，標準公差為±0.25 mm。此圖對於PCB佈局至關重要，確保正確設計佔位面積和禁布區。

5.1 腳位連接與內部電路

提供了腳位連接表。這是一個10腳元件。內部電路圖顯示了雙位共陽極配置。腳位5和10分別是數字2和數字1的共陽極。其他腳位（1, 3, 4, 6, 7, 8, 9）是各個段位（G, A, F, D, E, C, B）的陰極。腳位2標記為無腳位，可能表示它是一個沒有電氣連接的機械佔位符。段位標記（A-G）遵循標準的七段顯示器慣例。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是焊接溫度額定值：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這是波峰焊或迴流焊的標準額定值。遵守此規定對於防止LED晶片、環氧樹脂封裝或內部打線的熱損壞至關重要。長時間暴露在高溫下可能導致分層、變色或災難性故障。

一般操作注意事項：雖然未明確說明，但在操作和組裝過程中應遵循標準的ESD（靜電放電）預防措施，因為LED接面對靜電敏感。儲存應在指定的溫濕度範圍內，以防止吸濕，這可能在焊接過程中導致爆米花現象。

7. 包裝與訂購資訊

零件編號明確標識為LTD-323JF。此命名慣例可能編碼了關鍵屬性：LTD可能表示顯示器類型，32可能與0.32英吋尺寸（近似0.3英吋）相關，JF可能表示顏色（黃橙色）和封裝。規格書參考編號為規格編號：DS30-2001-410。訂購時必須使用確切的零件編號。關於捲帶包裝、膠帶寬度或方向的具體資訊通常可在單獨的包裝規格書中找到。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此顯示器適用於需要緊湊、明亮且可靠的數字指示的應用。常見用途包括：

• 測試與測量設備（萬用電錶、頻率計數器）。
• 工業控制面板和儀器讀數顯示。
• 消費性電器（微波爐、音響設備）。
• 汽車改裝儀表板顯示器。
• 銷售點終端機。

8.2 設計考量

• 驅動電路：對每個段位陰極使用恆流源或帶串聯限流電阻的電壓源。電阻值計算為 R = (電源電壓 - VF) / IF。對於5V電源和20mA目標電流：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω。
• 多工掃描：共陽極結構非常適合多工掃描。透過依次啟用一個共陽極（數字）並驅動相應的段位陰極，可以用較少的I/O腳位控制多個數字。峰值電流額定值（60mA）允許更高的脈衝電流以補償降低的工作週期，維持感知亮度。
• 視角：規格書宣稱具有寬視角，這對於可能從軸外位置觀看顯示器的應用非常有益。
• 對比度：黑色面板在明亮和昏暗環境下均能提供高對比度。

9. 技術比較

與其發布時（2001年）可用的其他LED顯示技術相比，LTD-323JF中使用的AlInGaP材料系統相較於GaAsP（磷化鎵砷）等舊技術具有明顯優勢：

• 更高亮度與效率：AlInGaP LED比GaAsP LED顯著更亮、更高效，特別是在紅光到黃橙色光譜範圍內。
• 更好的溫度穩定性：與GaAsP相比，AlInGaP通常隨著溫度升高，發光強度下降較少。
• 卓越的可靠性：固態可靠性的主張得到了AlInGaP晶片的堅固性和成熟封裝技術的支持。
• 與真空螢光顯示器（VFD）等當代替代方案相比，此LED顯示器驅動更簡單、壽命更長、工作電壓更低，但在某些條件下亮度可能較低。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

問：我應該使用多大的電阻從5V電源以20mA驅動一個段位？

答：使用典型的VF值2.6V，R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。使用最接近的標準值（例如120 Ω或150 Ω）並檢查實際電流。

問：我可以用3.3V微控制器驅動此顯示器嗎？

答：有可能，但您必須檢查順向電壓。在20mA時，VF典型值為2.6V，留給限流電阻的電壓僅有0.7V。這需要非常小的電阻值（35 Ω），使得電流對VF的變化非常敏感。最好在較低電流（例如5-10mA）下操作，或使用帶升壓轉換器的專用LED驅動IC。

問：2:1的發光強度匹配比是什麼意思？

答：這意味著在同一顯示單元內，最亮的段位/數字其亮度不應超過最暗段位/數字的兩倍。這確保了視覺均勻性。

問：如何理解連續順向電流的降額？

答：最大連續電流在超過25°C後，每攝氏度降低0.33 mA。在85°C（最高工作溫度）時，降額為 (85-25)*0.33mA ≈ 19.8 mA。因此，在85°C時，每個段位允許的最大連續電流為25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA。

11. 實務設計案例

情境：使用微控制器設計一個簡單的2位數電壓表讀數顯示。

1. 電路設計：將兩個共陽極（腳位5和10）連接到兩個獨立的微控制器I/O腳位，配置為開漏/低側開關。將所有七個段位陰極（腳位1,3,4,6,7,8,9）透過120 Ω限流電阻（針對5V系統）連接到另外七個I/O腳位。
2. 軟體（多工掃描）：在定時器中斷常式（例如100Hz）中：
   
   a. 關閉兩個共陽極腳位（若使用PNP電晶體，則設為高阻抗或邏輯高電位）。
   
   b. 將段位陰極腳位設定為數字1的圖案。
   
   c. 啟用（驅動為低電位）數字1的共陽極（腳位10）。
   
   d. 等待短暫延遲（例如5ms）。
   
   e. 關閉數字1的陽極。
   
   f. 將段位陰極腳位設定為數字2的圖案。
   
   g. 啟用數字2的共陽極（腳位5）。
   
   h. 等待5ms。
   
   i. 重複。人眼會感知兩個數字持續點亮。
3. 電流計算：每個段位以50%的工作週期點亮（一次一個數字）。要實現每個段位10mA的平均電流，其有效時間內的脈衝電流應為20mA。這在60mA的峰值額定值範圍內。

12. 原理介紹

本元件基於半導體p-n接面中的電致發光原理運作。活性材料是AlInGaP（磷化鋁銦鎵）。當施加超過接面內建電位的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入活性區域。在那裡，它們復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，這直接定義了發射光的波長（顏色）——此處為黃橙色（約605-611 nm）。黑色面板吸收環境光以提高對比度，而白色段位材料有助於散射和均勻分佈來自下方LED晶片的發射光。

13. 發展趨勢

雖然這是一個舊型產品，但了解其背景有助於凸顯顯示技術的趨勢。自其推出以來，已出現幾個關鍵趨勢：

• 轉向SMD（表面黏著元件）封裝：現代同類產品幾乎都是SMD類型，與LTD-323JF這類穿孔式顯示器相比，允許自動貼片組裝、更小的佔位面積和更低的剖面高度。
• 更高密度與全彩：顯示器已朝向更高像素密度（點矩陣、OLED）和全彩能力（RGB LED）發展，實現圖形顯示和更廣的色域。
• 效率提升：更新的LED材料和螢光粉系統（如用於白光LED的那些）提供了顯著更高的發光效率（流明/瓦），在相同亮度下降低了功耗。
• 整合驅動器：許多現代顯示模組配備了整合驅動IC（I2C、SPI介面），簡化了微控制器的介面並減少了所需的I/O腳位數量。
• 替代技術：對於小型、低功耗的數字顯示器，採用OLED（有機發光二極體）技術製作的段位提供了超薄剖面、極高對比度和寬視角，儘管壽命和成本考量各不相同。

LTD-323JF代表了一種可靠、成熟的解決方案，適用於其特定外形尺寸、亮度和簡單介面完全足夠的應用，特別是在成本敏感或長生命週期的設計中。